脉压雷达旁瓣匿影工作模式与抗干扰性能分析

周 畅，朱振波，汤子跃

（1.空军预警学院研究生管理大队，湖北武汉430019；2.空军预警学院空天预警装备系，湖北武汉430019）

0 引言

针对对空情报雷达实施电子干扰是军用飞机常用的突防手段。由于雷达天线波束宽度的典型值约为1～2°，所以雷达天线旁瓣宽度远大于主瓣宽度，且目标回波与干扰信号的入射方向不一定相同，故大部分干扰信号从天线旁瓣进入雷达中。脉冲压缩体制雷达通常采用自适应旁瓣对消（ASLC）和旁瓣匿影（SLB）来对抗旁瓣干扰。ASLC对抗连续压制性干扰效果较好，而SLB则主要用于消除脉冲式干扰，包括窄脉冲强噪声信号、脉冲转发式欺骗性干扰信号等。

国内外学者对SLB技术研究较多，但主要是在理论分析层面［1－8］，而针对脉压雷达的SLB具体工作模式的研究却未见涉及。本文阐述了SLB系统的基本原理，着重针对脉压前、后匿影两种工作模式下的雷达抗干扰性能和探测性能进行研究，对不同干扰环境下的SLB工作模式适用性进行对比分析。仿真结果验证了理论分析与推导的正确性。

1 旁瓣匿影的基本原理

图1 脉冲压缩雷达的旁瓣匿影结构

基本的脉冲压缩雷达的SLB结构如图1所示。其主要由主辅天线、接收机、检波器、匿影判决和检测回路组成。

SLB系统一般结构对应的匿影逻辑图如图2所示。可以看出，在给定门限的基础上，目标信号被检测的条件是（sa＜Fsm，sm＞Y），其中sm表示主通道输出信号幅度，sa表示辅助通道输出信号幅度，F表示匿影门限，Y表示检测门限。

图2 旁瓣匿影结构逻辑图

根据雷达信号处理流程中SLB技术实现方式的不同，可以将脉冲压缩雷达SLB的工作模式分为脉压后匿影与脉压前匿影两种。不同的匿影工作模式具有不同的匿影性能和适用性，下面进行具体分析。

2 脉压后匿影

脉压后匿影是脉冲压缩雷达SLB系统的主要工作模式，由于脉冲压缩后提高了雷达的距离分辨力，能够将时域中混叠的目标信号和干扰信号区分开来，因此，脉压后匿影需要满足两项指标要求：1）只存在目标信号时，其检测概率足够高；2）只存在干扰信号时，其匿影概率足够高。

为简化问题，本文目标起伏模型定为Sweling－0型，噪声为零均值高斯白噪声，则经过线性包络检波后，主、辅通道接收信号包络的概率密度函数为［9］：

式中，sm＝s′mδ－1，sa＝s′aδ－1，dm＝d′mδ－1，da＝d′a·δ－1。其中s′m、s′a分别为主、辅通道接收信号包络幅度值，sm、sa分别为主、辅通道接收信号包络的归一化幅度值，d′m、d′a分别为主、辅通道中检测目标回波信号的幅度，dm、da分别为主、辅通道中检测目标回波信号的归一化幅度，δ为主、辅通道噪声标准差，即主、辅通道噪声标准差相同。

2.1 脉压后匿影理论分析

1）只存在信号条件下的检测概率

结合图2中的逻辑图可以看出，对目标信号来说，在SNR相同的条件下，由于匿影门限的存在，一部分超过检测门限的信号被匿影，因此采用SLB结构后，检测概率较未采用SLB结构时减小。若要求在只存在信号条件下的检测概率足够高，则检测概率损失应尽量小。

为了衡量检测概率损失对雷达性能的影响，本文引入相对检测概率损失PD＿Loss的概念，具体表示为：

式中，PD、P′D分别表示采用、未采用SLB结构时的检测概率。

结合图2，利用式（1）中的函数，目标信号落入检测区的概率PD为：

引入Marcum Q函数［8］，并代入式（2）中进行化简，可得：

而未采用SLB时的检测概率为：

因此，将（4）、（5）代入（2）中可以得到相对检测概率损失PD＿Loss。

2）只存在干扰条件下的匿影概率

同理，结合图2和式（1），可以得到匿影概率的表达式：

2.2 脉压后匿影性能分析

设匿影门限F＝1，虚警概率Pf＝10－6，进行仿真实验并分析脉压后匿影的相关性能。只存在目标信号时，主通道信噪比SNR与相对检测概率损失PD＿Loss的关系如图3（a）所示。只存在干扰信号时，辅助通道干噪比JNR与匿影概率PB的关系如图3（b）所示。

结合图3可以看出，SNR越高，相对检测概率损失PD＿Loss越低；JNR越高，匿影概率PB越高。据此，若干扰方采用欺骗性干扰，则脉压后时域混叠的目标信号与干扰信号分离，且SNR和JNR均增大，SLB系统的工作性能提高；若干扰方采用压制性干扰，虽然脉压后SNR提高，但由于噪声干扰信号未能压缩，时域中仍然与脉压后的目标信号混叠，因此容易造成匿影，丢失目标。综上所述，脉压后匿影比较适合对抗欺骗性干扰。

图3 脉压后匿影性能影响因素分析

3 脉压前匿影

脉压前匿影主要针对宽脉冲进行匿影判决。一个雷达回波需进行多次匿影判决（判决次数取决于脉冲宽度T和采样频率fs），若判决匿影的次数多，则经过脉冲压缩后的回波能量损失大；反之，则损失较小。

当敌方施放压制性干扰时，强干扰存在的距离单元被匿影，弱干扰存在的距离单元被保留，因此被保留距离单元上的目标信号经脉冲压缩后仍有增益，在抑制干扰的同时又能够提高目标信号的信噪比，所以脉压前匿影比较适合对抗压制性干扰。

3.1 门限设置

对于噪声压制性干扰来说，脉压前匿影的目的主要是使最大噪声干扰幅度降低到门限值以下，因此门限设置比较关键。以射频噪声干扰为例，脉压前匿影的门限设置可以采用以下两种方式：

1）若能够估计脉压前目标回波信号SNR，可推导得到目标信号的取值范围为（－St，St），又辅助通道的干扰信号幅度Sj可通过测量已知，则辅、主通道幅度比值范围为（Sj／（Sj／K＋St），Sj／（Sj／K－St）），其中K为辅助天线与主天线副瓣的幅度增益差。

在高斯分布射频噪声干扰条件下，辅助通道干扰信号幅度Sj与辅、主通道幅度比值sa／sm的关系如图4所示。由于脉压前后噪声功率不变，若要求脉压后的干扰信号幅度衰减到检测门限以下，则脉压前干扰信号幅度也必须要衰减到门限值以下。

设检测门限为Y，将Sj＜Y代入辅、主通道幅度比值范围中，得到匿影判决条件为sa／sm＞Y／（Y／K＋St），即若检测辅、主通道信号幅度比满足此条件，则进行匿影。

图4 Sj与sa／sm的关系

2）第一种门限设置方法的实质是使得匿影后Sj＜Y，若目标信号的SNR未知，可直接检测辅助通道干扰信号的幅度Sj，若超过检测门限，该距离单元进行匿影，匿影判决条件为sa＞KY。

3.2 脉压前匿影性能分析

假设目标信号的信噪比为SNR，回波采样点数为N，则N＝Tfs，其中T表示脉冲持续时间，fs表示采样频率；干扰信号的干噪比为JNR，采样点数为M，则M＝Tjfs，其中Tj表示干扰脉冲持续时间。脉压前目标信号与干扰信号的位置关系如图5所示。

图5 目标、干扰脉宽关系

由于3.1节中的门限设置能使压制性干扰信号的最大幅度降低到门限以下，因此可将脉压后目标信号的相对功率损失Loss作为脉压前匿影的性能评价指标Loss定义为：

式中，P表示无干扰时脉压后目标信号功率，PLoss表示干扰条件下脉压后目标信号功率。

在噪声干扰条件下1000次蒙特卡洛仿真得到的结果如图6所示。其中，图6（a）表示重合宽度（脉压前干扰信号与目标信号）占目标信号回波脉冲的百分比与相对功率损失P~Loss的关系；图6（b）表示主通道JNR与相对功率损失P~Loss的关系。可以看出，在目标信号参数相同的条件下，E~Loss主要与两个因素有关：1）脉压前干扰信号与目标信号重合的脉冲宽度，记作W，即图5中阴影部分所示。W越大，在相同的匿影概率下，匿影点数越多，ELoss越大。2）干扰信号的JNR。根据匿影判决条件sa／sm＞Y／（Y／K＋St）可知，JNR越大，匿影概率越大，ELoss越大。

图6 脉压前匿影性能影响因素分析

4 仿真与抗干扰性能分析

仿真实验1：发射脉冲持续时间T＝10μs，信号带宽B＝10MHz，采样频率fs＝2B；天线主瓣比第一副瓣增益高出α＝30dB，干扰入射方向辅助天线比主天线副瓣增益高出β＝2dB，虚警概率Pf＝10－6；目标信号从主瓣进入，且4个目标回波位置分别为10500m、11000m、12000m、13000m，主通道目标信号脉压前SNR＝－5dB；干扰机产生2个假目标干扰信号，位置分别为11500m和13500m，辅助通道欺骗干扰信号脉压前JNR＝5dB。

在以上仿真参数条件下，雷达采用两种不同SLB工作模式时的抗干扰性能比较结果如图7所示。

图7 欺骗性干扰条件下的脉压前后匿影性能比较

可以看出，采用脉压前匿影的工作模式，由于10500m处目标信号脉冲与干扰脉冲重合区域较小，匿影点数较少，而其余位置的目标回波与干扰脉冲重合区域较大，匿影点数较多，因此只有10500m处的目标超过检测门限；而采用脉压后匿影的工作模式时，由于脉压后目标和欺骗干扰在距离上分开，目标能够被正常检测，但是对于11500m和13500m处的假目标，由于匿影规则生效而被有效滤除。

仿真实验2：发射脉冲持续时间T＝10μs，信号带宽B＝10MHz，采样频率fs＝2B；天线主瓣比第一副瓣增益高出α＝30dB，干扰入射方向辅助天线比主天线副瓣增益高出β＝2dB，虚警概率Pf＝10－6；目标信号从主瓣进入，且4个目标回波位置分别为10500m、11000m、12000m、13000m，主通道目标信号脉压前SNR＝－5dB；干扰机从10000m的距离上开始释放窄脉冲射频噪声干扰，辅助通道干噪比JNR＝60dB，干扰脉宽Tj＝5μs。

在以上仿真参数条件下，雷达采用两种不同SLB工作模式时的抗干扰性能比较结果如图8所示。

图8 压制性干扰条件下的脉压前后匿影性能比较

可以看出，采用脉压后匿影的工作模式，在干扰被匿影的同时目标信号也被滤除了，达到了干扰效果；而采用脉压前匿影的工作模式，虽然信号能量有损失，但是由于信号与干扰脉冲重合区域较少，目标信号仍然能够超过检测门限而被检测到。

5 结束语

本文基于SLB系统的一般结构和基本原理，针对脉冲压缩雷达脉压前、后匿影两种工作模式，分析了雷达的抗干扰性能和检测性能，并结合不同的干扰环境进行了仿真，结果表明脉压前匿影较适合对抗压制性干扰，而脉压后匿影对抗欺骗性干扰效果更佳。但是，两种模式对抗复合干扰，即多种干扰样式并存的干扰，效果均不够理想。因此，如何将两种工作模式结合起来抗干扰是下一步研究的方向。■

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